(57)【要約】  本発明は、放電経路長を変更可能な点火プラグを備えた内燃機関の点火制御システムにおいて、点火プラグの放電経路長を気筒内の状態にかかわらず目標値に収束させることを課題とする。この課題を解決するために、本発明は、点火プラグの放電ギャップ間に発生する火花放電の経路長（放電経路長）を変更する変更機構を具備した内燃機関の点火制御システムにおいて、放電ギャップ間に実際に発生した火花放電の経路長である実放電経路長を検出し、検出された実放電経路長が目標放電経路長に収束するように変更機構を制御するようにした。
2011083583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に配置される中心電極および接地電極を具備する点火プラグと、
前記中心電極と前記接地電極との間に発生する火花放電の経路長である放電経路長を変更する変更機構と、
前記中心電極と前記接地電極の間に実際に発生した火花放電の経路長である実放電経路長を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した実放電経路長が目標値に収束するように前記変更機構を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項２】
請求項１において、気筒内に存在する燃料量が少ないときは多いときに比べ、前記目標値が短くなるように補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項３】
請求項１において、気筒内に存在するＥＧＲガス量が多いときは少ないときに比べ、前記目標値が短くなるように補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項４】
請求項１において、前記点火プラグが放電を開始したときの放電電流および放電電圧をパラメータとして前記目標値を補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項において、前記検出手段は、実放電経路長を検出する第１検出部と、実放電経路長の変化量を検出する第２検出部とを含み、
前記制御手段は、前記第１検出部が検出した実放電経路長と目標値との差、および前記第２検出部が検出した変化量をパラメータとして前記変更機構の制御値を決定することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項６】
請求項５において、前記制御手段は、機関回転数が高いときは低いときに比べ、前記第２検出部が検出した変化量の重み付けを増加させて前記変更機構の制御値を決定することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項において、前記変更機構は、放電経路長と、放電経路の延長方向と、を変更可能な機構であり、
前記制御手段は、前記点火プラグの放電期間中に放電経路の延長方向が変更されるように前記変更機構を制御することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項８】
請求項７において、前記内燃機関は気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
前記制御手段は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の進行方向に沿って放電経路の延長方向および延長量が変化するように前記変更機構を制御することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至６の何れか１項において、前記変更機構は、放電経路長と、放電経路の延長方向と、を変更可能な機構であり、
前記制御手段は、内燃機関が全負荷運転状態にあるときは気筒内のガスの流れ方向へ放電経路が延長されるように前記変更機構を制御し、内燃機関が全負荷運転状態にないときは気筒内のガスの流れと逆方向へ放電経路が延長されるように前記変更機構を制御することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項において、前記点火プラグは、前記中心電極からの距離が相違する複数の接地電極を備え、
前記変更機構は、前記した複数の接地電極の配列方向にそって放電経路長を変更可能に構成されることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項において、前記変更機構は、励磁電流が印加されたときに前記中心電極と前記接地電極との間に磁場を発生させる電磁石であり、
前記制御手段は、前記電磁石に印加される励磁電流量を変更することにより実放電経路長を変更することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記電磁石の電位は、前記接地電極の電位より高くされることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、前記電磁石に励磁電流を供給する経路の途中には、電気エネルギを貯蓄するためのキャパシタが配置されることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式の内燃機関の点火制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、放電ギャップ間に磁場を形成することにより、放電ギャップ間に発生する電弧（放電経路）の位置（長さ）を変更可能な点火プラグを備えた内燃機関において、機関負荷が高いときは電弧の長さを短くし、機関負荷が低いときは電弧の長さを長くする技術が開示されている。【０００３】
特許文献２には、点火プラグの放電ギャップ間に存在する燃焼イオンを検出する手段を備えた内燃機関において、燃焼イオンの検出結果に基づいて燃料の着火と非着火とを判別し、その判別結果に応じて点火プラグへ供給される電気エネルギを調整する技術が開示されている。【０００４】
特許文献３には、内燃機関の機関運転状態に応じて点火プラグの通電時間を変更する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−３１７６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−２８０２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、点火プラグの中心電極と接地電極との間（放電ギャップ間）に発生する火花放電の経路（放電経路）は、放電ギャップ間やその近傍に存在するガスの状態（たとえば、流速や燃料の含有量など）によって変動する。そのため、前述した特許文献１に開示されているように、機関負荷をパラメータとして放電経路長を変更しても、実際の放電経路長が目標値に収束しない場合がある。このような問題およびそれを解決する技術については、前述した特許文献２，３にも開示および示唆されていない。【０００７】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火プラグの放電経路長を変更可能な機構を備えた内燃機関の点火制御システムにおいて、点火プラグの放電経路長を気筒内の状態にかかわらず目標値に収束させることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、点火プラグの放電ギャップ間に発生する火花放電の経路長（放電経路長）を変更する変更機構を具備した内燃機関の点火制御システムにおいて、放電ギャップ間に実際に発生した火花放電の経路長である実放電経路長を検出し、検出された実放電経路長が目標放電経路長に収束するように変更機構を制御するようにした。【０００９】
詳細には、本発明の内燃機関の点火制御システムは、
内燃機関の気筒内に配置される中心電極および接地電極を具備する点火プラグと、
前記中心電極と前記接地電極との間に発生する火花放電の経路長である放電経路長を変更する変更機構と、
前記中心電極と前記接地電極との間に実際に発生した火花放電の経路長である実放電経路長を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した実放電経路長が目標値に収束するように前記変更機構を制御する制御手段と、
を備えるようにした。【００１０】
実放電経路長は、中心電極と接地電極との間（以下、「放電ギャップ間」と称する）およびその近傍のガスの状態に応じて変化する場合がある。たとえば、ガスの流速が高い場合は低い場合に比べ、実放電経路長が長くなり易い。また、ガスに含まれる燃料量が多い場合は少ない場合に比べ、火花放電が中心電極から接地電極へ到達しない事態（放電切れ）が発生し難い。よって、変更機構が目標値にしたがって制御された場合であっても、ガスの状態によっては実放電経路長が目標値に収束しない可能性がある。【００１１】
これに対し、本発明の内燃機関の点火制御システムによれば、点火プラグの放電期間中に実放電経路長が目標値から懸け離れると、実放電経路長が目標値に収束するように変更機構が制御される。たとえば、実放電経路長が目標値より短い場合は実放電経路長が長くなるように変更機構が制御され、実放電経路長が目標値より長い場合は実放電経路長が短くなるように変更機構が制御される。その結果、点火プラグの実放電経路長は、気筒内の状態にかかわらず目標値に安定するようになる。【００１２】
なお、放電期間中の点火プラグに印加される電圧（放電電圧）は、放電ギャップが広くなるほど高くなる傾向がある。このため、放電電圧は、実放電経路長が長くなるほど高くなると言える。よって、検出手段は、放電電圧を引数として実放電経路長を演算してもよく、または放電電圧を実放電経路長の代替値として用いてもよい。【００１３】
本発明の内燃機関の点火制御システムは、気筒内のガスに含まれる燃料量と、気筒内に存在するＥＧＲガスの量と、の少なくとも１つをパラメータとして放電経路長の目標値を補正する補正手段をさらに備えるようにしてもよい。【００１４】
放電経路長の目標値は、機関負荷が高いときより低いときに長くされることが好ましい。しかしながら、気筒内のガスに含まれる燃料量が少ないときは多いときに比べ、放電切れが発生し易い。よって、気筒内のガスに含まれる燃料量に応じて放電経路長の目標値が補正されると、放電切れの発生を回避しつつ実放電経路長を長くすることができる。【００１５】
また、気筒内に存在するガスのＥＧＲガス量が多いときは少ないときに比べ、放電切れが発生し易い。よって、気筒内に存在するＥＧＲガス量に応じて放電経路長の目標値が補正されると、放電切れの発生を回避しつつ実放電経路長を長くすることができる。なお、補正手段は、気筒内に存在するＥＧＲガス量の代替値として、ＥＧＲ率、またはＥＧＲ弁の開度を用いることもできる。【００１６】
なお、補正手段は、点火プラグが火花放電を開始したときに該点火プラグに印加されている電流（放電電流）および電圧（放電電圧）をパラメータとして目標値を補正してもよい。【００１７】
点火プラグが火花放電を開始したとき、言い換えれば火花放電が中心電極から接地電極へ到達したときは、火花放電がガスの影響を受け難い。そのため、点火プラグが火花放電を開始した時点では、放電経路の延長量が略零となる。よって、点火プラグが火花放電を開始したときの放電電圧および放電電流は、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値に相関（（抵抗値）＝（放電電圧）／（放電電流））する。【００１８】
ここで、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値は、燃料量が多いときより少ないときに大きくなる傾向がある。さらに、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値は、ＥＧＲガス量が少ないときより多いときに大きくなる傾向もある。【００１９】
これに対し、点火プラグが火花放電を開始したときの放電電流および放電電圧をパラメータとして目標値が補正されると、補正後の目標値は実際の燃料量やＥＧＲガス量に適した値となる。その結果、補正後の目標値にしたがって変更機構が制御されれば、実放電経路長を実際の燃料量やＥＧＲガス量に適した長さにすることができる。【００２０】
なお、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値に応じて目標値を補正する方法は、内燃機関が過渡運転状態にあるときに有効である。内燃機関が過渡運転状態にあるときは、気筒内のガスの状態（ＥＧＲガスの量や残留ガス（内部ＥＧＲガス）の量など）が急速に変化するため、放電ギャップ間およびその近傍に存在する燃料量やＥＧＲガス量を正確に特定することは困難である。【００２１】
これに対し、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値は、実際の燃料量やＥＧＲガス量に相関する。そのため、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値に応じて目標値が補正されると、内燃機関が過渡運転状態にあるときであっても、目標値が実際の燃料量やＥＧＲガス量に適した値となる。【００２２】
本発明において、変更機構の制御方法としては、実放電経路長と目標値との差をパラメータとして変更機構を制御する方法が考えられる。詳細には、実放電経路長が目標値より長いときは実放電経路長が短くなるように変更機構を制御し、実放電経路長が目標値より短いときは実放電経路長が長くなるように変更機構を制御する方法が考えられる。【００２３】
ところで、放電ギャップ間およびその近傍におけるガスの状態は、放電期間中に変動する可能性がある。ガスの状態が変化すると、実放電経路長も変動する。そのため、上記したような方法により変更機構が制御されると、実放電経路長が目標値に収束するまでに時間がかかる可能性がある。【００２４】
そこで、本発明の内燃機関の点火制御システムは、実放電経路長に加えて実放電経路長の変化量も検出し、実放電経路長および実放電経路長の変化量をパラメータとして変更機構を制御してもよい。その際、実放電経路長と目標値の差に第１の重み係数を乗算した値と、実放電経路長の変化量に第２の重み係数を乗算した値と、を加算することにより、変更機構の制御値が決定されてもよい。【００２５】
上記したように、実放電経路長および実放電経路長の変化量を考慮して変更機構が制御されると、点火プラグの放電期間中にガスの状態が変動した場合であっても、実放電経路長を速やかに目標値に収束させることが可能となる。なお、内燃機関の回転数（機関回転数）が高いときは低いときに比べ、ガスの状態変化速度が高くなる。よって、機関回転数が高いときは低いときに比べ、第１の重み係数に対する第２の重み係数の比率が高められるようにしてもよい。この方法によれば、点火プラグの放電期間中にガスの状態が急速に変化する状況下においても、実放電経路長が速やかに目標値に収束する。【００２６】
本発明に係わる変更機構としては、放電経路長に加え、放電経路の延長方向を変更可能な機構を用いることもできる。このような機構としては、励磁電流が印加されたときに点火プラグの放電ギャップ間に磁場を発生させる電磁石を用いることができる。電磁石は、励磁電流の流れる方向を反転させることにより、磁場の方向を反転させることができる。放電ギャップ間に発生する磁場の方向が変化すると、放電経路の延長方向も変化する。【００２７】
なお、放電経路の延長方向を変更する処理は、１回の放電期間中に１回または複数回実施されてもよい。その場合、気筒内のガスと火花放電との接触箇所（接触面積）が増加するため、燃料の燃焼速度が高くなる。【００２８】
また、放電経路の延長方向を変更する処理は、機関負荷が全負荷状態にあるか否かに応じて実施されるようにしてもよい。たとえば、機関負荷が全負荷状態にない場合は気筒内のガスの流れ方向（放電ギャップ間およびその近傍におけるガスの流れ方向）へ放電経路を延長し、機関負荷が全負荷状態にある場合は気筒内のガスの流れ方向と逆方向へ放電経路を延長するようにしてもよい。【００２９】
放電経路は、ガスの流れによって少なからず延長される。このため、機関負荷が全負荷状態にない場合は、変更機構がガスの流れ方向へ放電経路を延長させることにより、変更機構の消費エネルギを低減しつつ、実放電経路長を目標値に収束させることができる。【００３０】
一方、機関負荷が全負荷状態にある場合は、ガスの流れ方向と反対側の領域へ火炎が伝播する前に、ガスの流れ方向と反対側に位置する燃料が自着火する可能性がある。これに対し、放電経路の延長方向がガスの流れ方向と逆方向に変更されると、ガスの流れ方向と反対側へ火炎が伝播するタイミングを早めることができる。その結果、ガスの流れ方向と反対側に位置する燃料が自着火する事態を回避することができる。【００３１】
本発明の点火プラグは、接地電極を複数備えるようにしてもよい。その場合、複数の接地電極は、変更機構により放電経路が延長される方向に沿って配置されるものとする。言い換えれば、変更機構は、複数の接地電極の配列方向に沿って放電経路長を変更可能に構成されるものとする。【００３２】
このような構成によれば、変更機構により火花放電が接地する電極を切り換えることができるとともに実放電経路長を変更することができる。さらに、接地電極の切り換え後は、変更機構が放電経路を延長するために必要なエネルギを低減させることも可能となる。【００３３】
ところで、変更機構として電磁石が用いる場合に、電磁石の電位が点火プラグの接地電極の電位と同等又は低くなると、火花放電が電磁石に接地する可能性がある。そのため、電磁石の電位は、接地電極の電位より高くされることが望ましい。【００３４】
また、本発明の変位機構として電磁石が用いられる場合は、電磁石へ励磁電流を供給する経路（以下、「励磁電流路」と称する）にキャパシタを設けるようにしてもよい。電磁石が非励磁状態にあるときに実放電経路長が変化すると、電磁誘導によって励磁電流路に電流が流れる場合がある。【００３５】
その際、励磁電流路にキャパシタが設けられていると、電磁誘導によって発生した電気エネルギをキャパシタに蓄えることができる。キャパシタに蓄えられた電気エネルギは、電磁石を励磁するときに使用することができるため、電磁石の消費電力を低減することができる。【００３６】
本発明は、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたポート噴射型の内燃機関、および気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射型の内燃機関に適用することができる。【００３７】
なお、筒内噴射型の内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射された燃料の進行方向に沿って放電経路の延長方向および延長量が変更されてもよい。これは、内燃機関の排気温度を高める場合のように、燃料噴射時期が点火時期の近傍まで遅角される場合に有効である。【００３８】
燃料噴射弁から噴射された燃料の進行方向に沿って放電経路の延長方向および延長量が変化すると、燃料噴射弁から噴射された燃料の変位にともなって放電経路も変位する。すなわち、放電期間の初期は燃料噴射弁の噴孔近傍へ放電経路が延長され、以後は燃料の進行方向へ放電経路が延長される。【００３９】
このように放電経路が変位すると、燃料の着火性が高められ、気筒内から未燃のまま排出される燃料が減少する。その結果、排気温度の一層の昇温を図ることができるとともに、排気エミッションの低減を図ることが可能になる。【００４０】
なお、本発明に係わる点火制御システムは、
内燃機関の気筒内に配置される中心電極および接地電極を具備する点火プラグと、
前記中心電極と前記接地電極との間に発生する火花放電の経路長である放電経路長を変更する変更機構と、
気筒内のガスの状態と相関するパラメータに基づいて放電経路長の目標値を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された目標値に従って記変更機構を制御する制御手段と、
を備えるようにしてもよい。【００４１】
すなわち、制御手段は、変更機構のフィードバック制御を行わずに、フィードフォワード制御のみを行うようにしてもよい。その際、気筒内のガスの状態に相関するパラメータとしては、燃料噴射量と、ＥＧＲガス量と、機関回転数との少なくとも１つを用いることができる。【００４２】
たとえば、決定手段は、燃料噴射量が少ないとき又はＥＧＲガス量が多いときは、燃料噴射量が多い又はＥＧＲガス量が少ない場合に比べ、目標値を短くしてもよい。このように目標値が決定されると、放電切れを回避することができる。また、決定手段は、機関回転数が高いときは低いときに比べ目標値を短くしてもよい。このように目標値が決定されると、機関回転数が高いとき（ガスの流速が高いとき）に実放電経路長が過剰に長くなったり、機関回転数が低いとき（ガスの流速が低いとき）に実放電経路長が過剰に短くなったりする事態を回避することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、点火プラグの放電ギャップ間に発生する火花放電の経路長を変更可能な内燃機関の点火制御システムにおいて、点火プラグの放電経路長を気筒内の状態にかかわらず目標値に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】変更機構の構成を示す図である。
【図３】変更機構により延長された放電経路を示す図である。
【図４】放電経路長の目標値と機関負荷との関係を規定したマップを模式的に示す図である。
【図５】放電制御が実行されない場合の実放電経路長の変化を示す図である。
【図６】放電制御が実行された場合の実放電経路長の変化を示す図である。
【図７】実放電経路長と放電電圧との相関関係を示す図である。
【図８】第１の実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第２の実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】延長方向が切り換えられたときの放電経路を示す図である。
【図１１】点火プラグによる火花放電の開始をトリガにして割り込み処理されるサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】機関負荷が全負荷状態にないときの放電経路を示す図である。
【図１３】機関負荷が全負荷状態にあるときの放電経路を示す図である。
【図１４】第４の実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】放電期間の初期における噴射燃料と放電経路との相対位置を示す図である。
【図１６】放電期間の終期における噴射燃料と放電経路との相対位置を示す図である。
【図１７】第５の実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】第６の実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】第７の実施例における点火プラグの先端部の構成を示す正面図である。
【図２０】第７の実施例における点火プラグの先端部の構成を示す斜視図である。
【図２１】第１接地電極と第２接地電極の配置例を示す図である。
【図２２】第８の実施例における変更機構の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４６】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図８に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒３を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１においては、複数気筒のうち１つの気筒３のみが示されている。
【００４７】
内燃機関１のシリンダブロック２には、気筒３が形成されている。気筒３内には、ピストン４がシリンダ軸方向へ摺動自在に装填されている。ピストン４は、コネクティングロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。
【００４８】
内燃機関１のシリンダヘッド７には、吸気ポート８と排気ポート９が形成されている。気筒３内における吸気ポート８の開口端と排気ポート９の開口端は、吸気バルブ１０と排気バルブ１１により各々開閉される。吸気バルブ１０と排気バルブ１１は、シリンダヘッド７に回転自在に支持された吸気カム１２と排気カム１３により各々開閉駆動される。
【００４９】
シリンダヘッド７には、気筒３内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、気筒３内に火花放電を発生させる点火プラグ１５とが取り付けられている。点火プラグ１５、または点火プラグ１５近傍のシリンダヘッド７には、火花放電の経路長を変更する変更機構２４が取り付けられている。
【００５０】
内燃機関１には、前記吸気ポート８に連通する吸気通路１６と、前記排気ポート９に連通する排気通路１７と、が接続されている。吸気通路１６の途中には、吸気通路１６の通路断面積を変更するスロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８より下流の吸気通路１６と排気通路１７とは、ＥＧＲ通路１９を介して相互に連通している。ＥＧＲ通路１９の途中には、ＥＧＲ通路１９の通路断面積を変更するＥＧＲ弁２０が配置されている。
【００５１】
ここで、上記した変更機構２４の構成について、図２に基づいて説明する。図２において、変更機構２４は、略Ｕ字型に形成されたコア２４ａと、コア２４ａに巻き付けられたコイル２４ｂと、を備えた電磁石である。コア２４ａの基端２４ｃと先端２４ｄは、気筒３内に突出している。その際、基端２４ｃと先端２４ｄとを結ぶ仮想直線が点火プラグ１５の中心電極１５ａと接地電極１５ｂとを結ぶ仮想直線と交差（たとえば、直交）するように、コア２４ａが配置されるものとする。
【００５２】
このように構成された変更機構２４において、コイル２４ｂに励磁電流が印加されると、基端２４ｃと先端２４ｄとの間に磁力が発生する。基端２４ｃと先端２４ｄとの間に発生した磁力は、点火プラグ１５の中心電極１５ａと接地電極１５ｂとの間（放電ギャップ間）に発生する火花放電を屈曲させる。
【００５３】
たとえば、コア２４ａの先端２４ｄから基端２４ｃへ磁力が作用する場合は、図３に示すように、火花放電Ｓが先端２４ｄ側へ屈曲する。このように火花放電が屈曲した場合は屈曲しない場合に比べ、火花放電の経路長（放電経路長）が長くなる。その際、コイル２４ｂに印加される励磁電流量を変更することにより、点火プラグ１５の放電経路長を変化させることも可能である。
【００５４】
ところで、上記したように放電経路が延長されると、火花放電の接地場所が接地電極１５ｂからコア２４ａに移動する可能性がある。そこで、コア２４ａの電位は、点火プラグ１５の接地電極１５ｂの電位より高くされるものとする。コア２４ａの電位を接地電極１５ｂの電位より高くする方法としては、接地電極１５ｂとコア２４ａとを絶縁状態にして接地電極１５ｂに僅かな電圧を印加する方法を例示することができる。
【００５５】
なお、図２に示す例では、コア２４ａが略Ｕ字型に形成されているが、点火プラグ１５の放電ギャップ間に磁力（磁場）を発生させ得る限り如何なる形状であっても構わない。
【００５６】
ここで図１に戻り、内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が併設されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０には、クランクポジションセンサ２１、エアフローメータ２２、アクセルポジションセンサ２３などの各種センサが電気的に接続されている。
【００５７】
クランクポジションセンサ２１は、クランクシャフト６近傍に配置され、クランクシャフト６の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。エアフローメータ２２は、スロットル弁１８より上流の吸気通路１６に配置され、吸気通路１６内を流れる空気量に相関した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ２３は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。
【００５８】
また、ＥＣＵ５０には、燃料噴射弁１４、点火プラグ１５、スロットル弁１８、ＥＧＲ弁２０、変更機構２４などの各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、前記の各種センサから入力した信号に応じて前記の各種機器を制御する。
【００５９】
たとえば、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５の放電経路長が内燃機関１の運転状態に適した長さとなるように変更機構２４を制御（以下、「放電制御」と称する）する。以下、本実施例における放電制御の実行方法について述べる。
【００６０】
ＥＣＵ５０は、先ず内燃機関１の運転状態に基づいて放電経路長の目標値を決定する。放電経路長の目標値は、燃料の着火遅れが大きくなる場合や、火炎伝播速度が低くなる場合に長くなるように設定されることが望ましい。
【００６１】
燃料の着火遅れが大きくなる場合、または火炎伝播速度が低くなる場合としては、内燃機関１の負荷（機関負荷）が低い場合を例示することができる。よって、ＥＣＵ５０は、図４に示すようなマップにしたがって目標値を定めるようにしてもよい。図４は、機関負荷と目標値との関係を定めたマップの模式図である。図４に示す例では、機関負荷が低いときは高いときに比べ、目標値が長く設定されている。
【００６２】
ところで、機関負荷が同等の場合であっても、気筒３内に導入されるＥＧＲガス量によって実放電経路長が変化する可能性がある。たとえば、ＥＧＲガス量が多い場合は少ない場合に比べ、実放電経路長が短くなる可能性がある。
【００６３】
そこで、ＥＣＵ５０は、機関負荷に応じて定められた目標値をＥＧＲガス量に応じて補正するようにした。たとえば、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲガス量が適正量より多いときは目標値を短くし、ＥＧＲガス量が適正量より少ないときは目標値を長くする。ここでいう適正量は、前述した図４における目標値と機関負荷との関係が成立するときのＥＧＲガス量に相当する。なお、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲガス量の代わりに、ＥＧＲ率またはＥＧＲ弁２０の開度をパラメータとして目標値を補正してもよい。
【００６４】
また、気筒３内に存在する燃料量が少ないときは多いときに比べ、火花放電が中心電極１５ａから接地電極１５ｂへ到達しない事態（放電切れ）が発生し易い。このため、燃料量が少ないときに目標値が長く設定されると、放電切れが発生する可能性がある。
【００６５】
これに対し、ＥＣＵ５０は、機関負荷に応じて定められた目標値を燃料噴射量に応じて補正するようにした。たとえば、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量が適正量より少ないときは目標値を短くし、燃料噴射量が適正量より多いときは目標値を長くする。ここでいう適正量は、前述した図４における目標値と機関負荷との関係が成立するときの燃料噴射量に相当する。なお、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量の代わりに空燃比をパラメータとして目標値を補正してもよい。
【００６６】
ところで、点火プラグ１５の実際の放電経路長（実放電経路長）は、放電ギャップ間およびその近傍のガスの状態によって変化する。たとえば、放電ギャップ間およびその近傍を流れるガスの速度（流速）が高いときは低いときに比べ、実放電経路長が長くなる。そのため、ガスの流速が高いときに変更機構２４によって放電経路の延長が図られると、実放電経路長が目標値より長くなる可能性がある。
【００６７】
また、気筒３内のおける燃料の濃度分布が均質ではないときは、放電ギャップ間およびその近傍に存在する燃料量が過少となる可能性がある。放電ギャップ間およびその近傍に存在する燃料量が過少となるときに変更機構２４によって放電経路の延長が図られると、放電切れが発生する可能性がある。
【００６８】
そこで、本実施例の放電制御では、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５の放電期間中において、実放電経路長を検出し、検出された実放電経路長と目標値との差に応じて変更機構２４に印加される励磁電流量を調整するようにした。この調整処理は、１回の放電期間中に複数回実施されるものとする。
【００６９】
また、点火プラグ１５の放電ギャップ間および放電ギャップの近傍におけるガスの流れは、放電期間中に変動する可能性がある。そのため、図５に示すように、放電期間中の実放電経路長がガスの流れの影響によって増減する場合がある。そのような場合に放電経路長と目標値との差に基づいて励磁電流量が調整されると、実放電経路長のオーバーシュートやアンダーシュートが助長される可能性がある。
【００７０】
たとえば、実放電経路長が目標値より短く、かつ実放電経路長が増加傾向にあるときに、放電経路長が長くなるように変更機構２４が制御されると、実放電経路長が過剰に長くなる可能性がある。また、実放電経路長が目標値より長く、かつ実放電経路長が減少傾向にあるときに、放電経路長が短くなるように変更機構２４が制御されると、実放電経路長が過剰に短くなる可能性がある。
【００７１】
よって、ＥＣＵ５０は、実放電経路長と目標値との差に加え、実放電経路長の変化量もパラメータとして励磁電流量を調整するようにした。具体的には、ＥＣＵ５０は、下記の式にしたがって励磁電流量Ｉを決定する。
Ｉ＝Ｃ１・（Ｘ１−ＸＡ）＋Ｃ２・（Ｘ１−Ｘ０）
【００７２】
上記した式において、Ｘ０，Ｘ１は放電期間中の相違するタイミングＴ１，Ｔ２で検出された実放電経路長であり、ＸＡは放電経路長の目標値である。また、Ｃ１，Ｃ２は、予め実験などを利用した適合処理によって求められた重み係数である。上記の式にしたがって励磁電流量Ｉが調整されると、図６に示すように、放電期間中の早い時期に実放電経路長が目標値に収束するようになる。
【００７３】
ここで、実放電経路長は、図７に示すように、放電期間中の点火プラグ１５に印加される電圧（放電電圧）と比例する。よって、上記した調整処理は、目標値ＸＡ、実放電経路長Ｘ０，Ｘ１を目標放電電圧ＶＡ、放電電圧Ｖ０，Ｖ１に各々置き換えて実施されてもよい。
【００７４】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、放電制御ルーチンを示すフローチャートである。放電制御ルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶され、ＥＣＵ５０によって周期的に実行されるルーチンである。
【００７５】
図８の放電制御ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０１において各種データを読み込む。ここでは、ＥＣＵ５０は、放電経路長の目標値ＸＡを決定するために必要なパラメータとして、機関負荷（アクセルポジションセンサ２３の出力信号）、燃料噴射量、ＥＧＲガス量の相関値（たとえば、ＥＧＲ率またはＥＧＲ弁２０の開度）を読み込む。
【００７６】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ１０１において読み込まれた各種データをパラメータとして放電経路長の目標値ＸＡを決定する。詳細には、ＥＣＵ５０は、機関負荷と図４のマップとに基づいて目標値ＸＡを求める。続いて、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量およびＥＧＲガス量をパラメータとして前記目標値ＸＡを補正する。このようにＥＣＵ５０がＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる補正手段が実現される。
【００７７】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５が火花放電を開始したか否かを判別する。Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０４へ進む。
【００７８】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ１０２で決定された目標値ＸＡにしたがって変更機構２４を作動させる。続いて、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０５へ進み、カウンタＴを起動させる。カウンタＴは、点火プラグ１５が火花放電を開始した時点からの経過時間を計測する。
【００７９】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ５０は、カウンタＴの計測時間が第１所定時間Ｔ０と等しいか否かを判別する。第１所定時間Ｔ０は、前述した実放電経路長Ｘ０を検出する時期を特定するために定められた時間であり、１回の放電期間に対して極めて短い時間である。
【００８０】
Ｓ１０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０６の処理を繰り返し実行する。Ｓ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０７へ進み、実放電経路長Ｘ０を検出する。その際、ＥＣＵ５０は、実放電経路長Ｘ０の代わりに放電電圧Ｖ０を検出してもよい。
【００８１】
Ｓ１０８では、ＥＣＵ５０は、カウンタＴの計測時間が第２所定時間Ｔ１と等しいか否かを判別する。第２所定時間Ｔ１は、前述した実放電経路長Ｘ１を検出する時期を特定するために定められた時間であり、前記第１所定時間Ｔ０より長い時間である。
【００８２】
Ｓ１０８において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０８の処理を繰り返し実行する。Ｓ１０８において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０９へ進み、実放電経路長Ｘ１を検出する。その際、ＥＣＵ５０は、実放電経路長Ｘ１の代わりに放電電圧Ｖ１を検出してもよい。
【００８３】
Ｓ１１０では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ１０２で決定された目標値ＸＡと、前記Ｓ１０８で検出された実放電経路長Ｘ０と、前記Ｓ１０９で検出された実放電経路長Ｘ１と、を前述した式に代入することにより、励磁電流量Ｉを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、励磁電流量Ｉにしたがって変更機構２４を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、変更機構２４に印加される励磁電流量を前記Ｓ１１０で算出された励磁電流量Ｉに変更する。
【００８４】
Ｓ１１１では、ＥＣＵ５０は、カウンタＴを停止させるとともに、カウンタＴの計測時間を零にリセットする。続いて、ＥＣＵ５０は、Ｓ１１２へ進み、点火プラグ１５の放電が終了したか否かを判別する。Ｓ１１２において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ１０５以降の処理を再度実行する。一方、Ｓ１１２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８５】
なお、ＥＣＵ５０がＳ１０６からＳ１０９の処理を実行することにより、本発明に係わる検出手段が実現される。また、ＥＣＵ５０がＳ１１０の処理を実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。
【００８６】
以上述べた実施例によれば、点火プラグ１５の放電期間中における実放電経路長は、気筒３内の状態にかかわらず目標値に安定するようになる。その結果、着火遅れの緩和、および火炎伝播速度の向上を図ることができる。さらに、着火遅れの大きさや火炎伝播速度が気筒毎またはサイクル毎にばらつく事態を回避することも可能となる。よって、内燃機関１の発生トルクや排気エミッションが気筒毎またはサイクル毎にばらつく事態も回避することができる。
【００８７】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００８８】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、点火プラグ１５の放電ギャップ間に実際に存在するガスの電気抵抗値にしたがって目標値ＸＡを補正する点にある。点火プラグ１５の放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値を求める方法としては、点火プラグ１５が火花放電を開始したときに該点火プラグ１５に印加されている電流（放電電流）および電圧（放電電圧）をパラメータとして演算する方法を用いることができる。
【００８９】
点火プラグ１５が火花放電を開始したとき、言い換えれば点火プラグ１５の放電ギャップ間に火花放電が発生したときは、ガスの影響による放電経路の延長が殆ど発生しない。そのため、点火プラグ１５が火花放電を開始したときの放電電圧および放電電流は、放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値に相関する（（抵抗値）＝（放電電圧）／（放電電流））する。
【００９０】
上記した方法により求められた電気抵抗値は、放電ギャップ間に存在する燃料量が多いときより少ないときに大きくなる傾向がある。よって、電気抵抗値によって目標値ＸＡが補正されると、補正後の目標値は実際の燃料量に適した値となる。その結果、補正後の目標値にしたがって変更機構が制御されれば、実放電経路長を実際の燃料量に適した長さにすることができる。
【００９１】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図９に沿って説明する。図９は、本実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。図９のフローチャートにおいて、前述した第１の実施例の放電制御ルーチン（図８を参照）と同等の処理には同一の符号が付されている。
【００９２】
図９の放電制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０３において肯定判定された場合に、Ｓ２０１からＳ２０３の処理を実行する。先ず、Ｓ２０１では、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５に印加されている放電電流Ｉｓと放電電圧Ｖｓを検出する。
【００９３】
Ｓ２０２では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ２０１で検出された放電電流Ｉｓと放電電圧Ｖｓとをパラメータとして、点火プラグ１５の放電ギャップ間に存在するガスの電気抵抗値Ｒｇａｓを演算する（Ｒｇａｓ＝Ｖｓ／Ｉｓ）。
【００９４】
Ｓ２０３では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ２０２で求められた電気抵抗値Ｒｇａｓをパラメータとして、前記Ｓ１０２で求められた目標値ＸＡを補正する。たとえば、ＥＣＵ５０は、電気抵抗値Ｒｇａｓが規定値より大きい場合は目標値ＸＡを短くし、電気抵抗値Ｒｇａｓが規定値より小さい場合は目標値ＸＡを長くする。ここでいう規定値は、前述した図４のマップにおける機関負荷と目標値との関係が成立するときの電気抵抗値に相当する。
【００９５】
なお、Ｓ２０３において補正対象となる目標値ＸＡは、前述した図４のマップから求められた値でもよく、或いは図４のマップから求められた値を燃料噴射量およびＥＧＲガス量に基づいて補正した後の値であってもよい。また、上記したＳ２０１からＳ２０３の処理は、Ｓ１０４の処理が実行された後に実行されてもよい。
【００９６】
以上述べた実施例によれば、放電ギャップ間に存在するガスの状態が想定値と異なっている場合であっても、目標値ＸＡを実際のガスの状態に適した値にすることができる。その結果、実放電経路長も実際のガスの状態に適した長さになる。
【００９７】
＜実施例３＞
次に、本発明の第２の実施例について図１０乃至図１１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００９８】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、点火プラグ１５の１回の放電期間中に放電経路の延長方向を変更する点にある。具体的には、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５の放電期間中において、変更機構２４のコイル２４ｂに印加される電流の向きを一定周期で反転させる。コイル２４ｂに印加される電流の向きを変更する具体的な方法としては、前述した式における重み係数Ｃ１，Ｃ２の正負を一定周期で反転させる方法を用いることができる。
【００９９】
上記した方法により励磁電流の向きが反転させられると、図１０に示すように、火花放電Ｓの延長方向が一定周期で変わることになる。なお、図１０中の破線は反転前の火花放電を示し、実線は反転後の火花放電を示している。
【０１００】
点火プラグ１５の放電期間中に放電経路の延長方向が変更されると、火花放電とガスとの接触箇所（接触面積）が増加する。よって、燃料の着火遅れを小さくすることができるとともに、火炎伝播速度を高めることができる。
【０１０１】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図１１に沿って説明する。図１１は、点火プラグ１５による火花放電の開始をトリガにして割り込み処理されるサブルーチンを示すフローチャートである。このサブルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、点火プラグ１５の放電期間より短い周期で繰り返し実行されるルーチンである。
【０１０２】
図１１のサブルーチンでは、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０１において点火プラグ１５が火花放電を開始したか否かを判別する。Ｓ３０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は本ルーチンの実行を一旦終了する。Ｓ３０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０２へ進む。
【０１０３】
Ｓ３０２では、ＥＣＵ５０は、タイマｔを起動させる。タイマｔは、放電経路の延長方向を反転させる周期を計測するカウントダウンタイマである。なお、前記した周期は、予め定められた固定値であってもよいが、放電期間の長さに応じて変更される可変値であってもよい。
【０１０４】
Ｓ３０３では、ＥＣＵ５０は、前記タイマｔの値が零になったか否かを判別する。Ｓ３０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ３０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０４へ進む。
【０１０５】
Ｓ３０４では、ＥＣＵ５０は、励磁電流量Ｉの演算に用いられる重み係数Ｃ１，Ｃ２の正負を反転させる。続いて、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０５へ進み、放電期間が終了したか否かを判別する。Ｓ３０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ３０２からＳ３０４の処理を再度実行する。一方、Ｓ３０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０６】
このようにＥＣＵ５０が図１１のサブルーチンを実行することにより、１回の放電期間中において放電経路の延長方向が周期的に反転されることになる。その結果、火花放電とガスとの接触面積が増加するため、着火遅れが小さくなるとともに火炎伝播速度が高くなる。
【０１０７】
なお、上記したように着火遅れの短縮と火炎伝播速度の上昇が図られると、ＥＧＲ率を一層高めることも可能となる。すなわち、放電経路の延長方向を反転させる処理が実施される場合は未実施の場合に比べ、ＥＧＲ率を一層高くすることが可能となる。その結果、内燃機関１の燃焼状態を悪化させることなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を一層少なくすることも可能となる。
【０１０８】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図１２乃至図１４に基づいて説明する。ここでは前述した第３の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１０９】
前述した第３の実施例と本実施例との相違点は、放電期間中は放電経路の延長方向を変更せずに、機関負荷に応じて放電経路の延長方向を変更する点にある。具体的には、ＥＣＵ５０は、機関負荷が全負荷状態にあるか否かに応じて放電経路の延長方向を変更する。
【０１１０】
気筒３内で発生した火炎は、先ず吸気側（吸気ポート８の開口端に近い領域）から排気側（排気ポート９の開口端に近い領域）へ向かうガスの流れに沿って伝播し、その後は排気側から吸気側へ伝播する。
【０１１１】
ここで、機関負荷が全負荷状態にないときは、気筒３内の圧力（筒内圧）および温度（筒内温度）が燃料の着火温度まで高まる可能性が低い。これに対し、機関負荷が全負荷状態にあるときは、筒内圧および筒内温度が燃料の着火温度まで高まる可能性が高い。よって、機関負荷が全負荷状態にあるときは、火炎が吸気側へ伝播する前に吸気側の燃料が自着火して振動や騒音を発生（ノッキング）する可能性がある。
【０１１２】
そこで、ＥＣＵ５０は、機関負荷が全負荷状態にないときは、図１２に示すようにガスの流れ（図１２中の矢印Ｆ）に沿って火花放電Ｓが延長されるように変更機構２４を制御するようにした。一方、機関負荷が全負荷状態にあるときは、ＥＣＵ５０は、図１３に示すように、ガスの流れ（図１３中の矢印Ｆ）と反対の方向へ火花放電Ｓが延長されるように変更機構２４を制御するようにした。
【０１１３】
すなわち、ＥＣＵ５０は、機関負荷が全負荷状態にないときは放電経路を排気側へ延長させ、機関負荷が全負荷状態にあるときは放電経路を吸気側へ延長させるように変更機構２４を制御するようにした。
【０１１４】
機関負荷が全負荷状態にないときは、ガスの流れによって放電経路が少なからず延長されるため、変更機構２４に印加される励磁電流量を低減しつつ、実放電経路長を目標値ＸＡに収束させることができる。その結果、消費電力を低減しつつ火炎伝播速度の向上を図ることができる。
【０１１５】
また、機関負荷が全負荷状態にあるときは、放電経路が吸気側へ延長されるため、火炎が吸気側へ伝播する時期を早めることができる。その結果、吸気側に位置する燃料が自着火する事態を回避することができる。
【０１１６】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図１４に沿って説明する。図１４は、本実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。図１４において、前述した第１の実施例の放電制御ルーチン（図８を参照）と同等の処理には同一の符号が付されている。
【０１１７】
図１４の放電制御ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０９の処理を実行した後にＳ４０１の処理を実行する。Ｓ４０１では、ＥＣＵ５０は、アクセルポジションセンサ２３の出力信号（アクセル開度）またはスロットル弁１８の開度と機関回転数とを読み込み、それらのデータに基づいて内燃機関１が全負荷運転状態にあるか否かを判別する。
【０１１８】
ＥＣＵ５０は、前記Ｓ４０１において肯定判定された場合はＳ４０２へ進み、前記Ｓ４０１において否定判定された場合はＳ４０２をスキップしてＳ１０９へ進む。Ｓ４０２では、ＥＣＵ５０は、励磁電流量Ｉを演算する際に用いられる重み係数Ｃ１，Ｃ２の正負を反転させる。その場合、コア２４ａの基端２４ｃと先端２４ｄとの間に発生する磁力の向きが反転する。つまり、コア２４ａの基端２４ｃから先端２４ｄへ磁力が作用するようになる。その結果、放電経路は吸気側へ延長される。
【０１１９】
なお、前記Ｓ４０１において否定判定された場合は、Ｓ４０２の処理がスキップされるため、コア２４ａの先端２４ｄから基端２４ｃへ磁力が発生する。その結果、放電経路は排気側へ延長される。
【０１２０】
このようにＥＣＵ５０が図１４の放電制御ルーチンを実行することにより、全負荷運転時におけるノッキングの発生を抑制することができるとともに、非全負荷運転時における変更機構２４の消費電力を低減することが可能になる。
【０１２１】
＜実施例５＞
次に、本発明の第５の実施例について図１５乃至図１７に基づいて説明する。ここでは前述した第３の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１２２】
前述した第３の実施例と本実施例との相違点は、燃料噴射弁１４から噴射された燃料の移動に伴って放電経路の延長方向および延長量を連続的または段階的に変化させる点にある。内燃機関１が冷間始動された場合は、排気通路１７に配置された排気浄化装置（三元触媒、酸化触媒、またはＮＯｘ触媒など）を早期に活性させる必要がある。そのため、内燃機関１が冷間始動された場合は、燃料噴射時期を点火時期の近傍まで遅角させることにより、排気温度を高める処理（以下、「昇温処理」と称する）が実行される可能性がある。
【０１２３】
なお、内燃機関１が冷間始動された場合は、筒内圧や筒内温度が低いため、着火性が低下したり、失火が発生したりする可能性がある。また、上記したような昇温処理は、機関負荷および機関回転数が比較的低いときに実行される。そのため、燃料噴射弁１４から噴射された燃料は、ガスの流れの影響を受け難い。よって、燃料噴射弁１４から噴射された燃料は、燃料噴射弁１４の噴射方向へ進む可能性が高い。
【０１２４】
そこで、本実施例の放電制御では、ＥＣＵ５０は、昇温処理の実行時は、放電経路が噴射燃料とともに変位するように変更機構２４を制御するようにした。なお、前述した図１に示す例では、燃料噴射弁１４は、吸気側から排気側へ向かって燃料を噴射するように配置されている。そのため、噴射燃料は、吸気側から排気側へ変位することになる。よって、本実施例の放電制御では、ＥＣＵ５０は、放電経路の位置が吸気側から排気側へ連続的または段階的に変化するように変更機構２４を制御するものとする。
【０１２５】
放電期間の初期は、図１５に示すように、噴射燃料が吸気側に位置する。そのため、ＥＣＵ５０は、放電期間の初期は、放電経路を吸気側へ延長させる。その後、ＥＣＵ５０は、変更機構２４の励磁電流量Ｉを経時的に減量することにより、放電経路の延長量を徐々に少なくする。放電経路の延長量が零（励磁電流量が零）になると、ＥＣＵ５０は、放電経路の延長方向を吸気側から排気側へ反転させる。放電経路の延長方向が反転された後は、ＥＣＵ５０は、変更機構２４に印加される励磁電流量Ｉを零から徐々に増量することにより、放電経路の延長量を徐々に多くする。その結果、放電期間の終期では、図１６に示すように、放電経路が排気側に延長される。
【０１２６】
このように放電経路の位置が噴射燃料とともに移動すると、噴射燃料の着火性が向上するとともに失火の発生が抑制される。その結果、気筒３から排出される未燃燃料が減少するとともに、排気温度が一層高くなる。
【０１２７】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図１７に沿って説明する。図１７は、本実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。この放電制御ルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ５０によって周期的に実行される。
【０１２８】
図１７の放電制御ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、先ずＳ５０１において昇温処理が実行中であるか否かを判別する。Ｓ５０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５１０へ進み、通常の制御を実行する。ここでいう通常制御は、たとえば前述した図８の制御ルーチンに則った放電制御である。
【０１２９】
前記Ｓ５０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０２へ進む。Ｓ５０２では、ＥＣＵ５０は、励磁電流量Ｉを初期値Ｉｄｆｔに設定する。初期値Ｉｄｆｔは、放電切れが発生しない範囲で放電経路長が最も長くなる励磁電流量であり、予め実験などを利用した適合処理によって定められている。なお、初期値Ｉｄｆｔの正負は、放電経路の延長方向が吸気側となるように定められている。
【０１３０】
Ｓ５０３では、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１５が火花放電を開始したか否かを判別する。Ｓ５０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０３の処理を再度実行する。一方、Ｓ５０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０４へ進む。
【０１３１】
Ｓ５０４では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ５０２で定められた励磁電流量Ｉをコイル２４ｂに印加することにより、変更機構２４を作動させる。その場合、放電経路が吸気側へ延長されるとともに、延長量が最大となる。
【０１３２】
Ｓ５０５では、ＥＣＵ５０は、現時点の励磁電流量Ｉｏｌｄから所定量ΔＩを減算することにより、放電経路の延長量を減少させる。なお、所定量△Ｉは、燃料噴射弁１４から噴射された燃料の移動速度に適した値であり、予め実験などを利用した適合処理によって定められている。
【０１３３】
Ｓ５０６では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ５０５で求められた励磁電流量Ｉが零と等しいか否か（または、励磁電流量ＩがΔＩより少ない値であるか否か）を判別する。Ｓ５０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０５へ戻る。このようにＳ５０５およびＳ５０６の処理が繰り返し実行されると、放電経路の延長量が徐々に小さくなる。その結果、放電経路の位置が吸気側から放電ギャップ間の近傍へ徐々に移動することになる。
【０１３４】
前記Ｓ５０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０７へ進み、励磁電流の向きを反転させるとともに、励磁電流量Ｉの大きさを最小値Ｉｍｉｎに変更する（Ｉ＝（−Ｉｍｉｎ））。前記した最小値Ｉｍｉｎの大きさは、前記した所定量ΔＩと同等である。このように励磁電流量Ｉの大きさと向きが変更されると、放電経路が僅かに排気側へ延長される。
【０１３５】
Ｓ５０８では、ＥＣＵ５０は、現時点の励磁電流量Ｉから所定量ΔＩを減算することにより、放電経路の延長を増加させる。続いて、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０９へ進み、点火プラグ１５の放電期間が終了したか否かを判別する。Ｓ５０９において否定判定された場合は、ＥＣＵ５０はＳ５０８へ戻る。このようにＳ５０８およびＳ５０９の処理が繰り返し実行されると、放電経路の延長量が徐々に大きくなる。その結果、放電経路の位置が放電ギャップ間の近傍から排気側へ徐々に移動することになる。なお、Ｓ５０９で肯定判定された場合は、ＥＣＵ５０は、本ルーチンの実行を終了する。
【０１３６】
このようにＥＣＵ５０が図１７の放電制御ルーチンを実行することにより、昇温処理実行時における放電経路の位置を噴射燃料の位置に合わせることが可能になる。その結果、燃料の着火性が向上するとともに失火の発生が抑制される。さらに、噴射燃料のうち燃焼に供される燃料が増加するため、気筒３から排出される未燃燃料が減少するとともに排気温度が一層高くなる。
【０１３７】
＜実施例６＞
次に、本発明の第６の実施例について図１８に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１３８】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、励磁電流量Ｉを演算する際に用いられる重み係数Ｃ１，Ｃ２の値を機関回転数に応じて変更する点にある。機関回転数が高いときは低いときに比べ、ガスが気筒３内へ流入する速度（流入速度）が高くなる。そのため、放電期間におけるガスの流速および向きの変化速度も高くなる。一方、機関回転数が低いときは高いときに比べ、流入速度が低くなる。そのため、放電期間におけるガスの流速および向きの変化速度も低くなる。
【０１３９】
放電期間におけるガスの流速および向きの変化速度が低いときに、重み係数Ｃ１に対する重み係数Ｃ２の比が高くされると、励磁電流量Ｉの調整量が過少となる場合がある。そのような場合は、実放電経路長が目標値ＸＡに収束するまでに時間がかかる可能性がある。
【０１４０】
一方、放電期間におけるガスの流速および向きの変化速度が高いときに、重み係数Ｃ１に対する重み係数Ｃ２の比が低くされると、励磁電流量Ｉの調整量が過多となる場合がある。そのような場合は、実放電経路長が目標値ＸＡに対してオーバーシュートおよびアンダーシュートし易くなる。
【０１４１】
そこで、本実施例の放電制御では、ＥＣＵ５０は、機関回転数が高いときは低いときに比べ、重み係数Ｃ１に対する重み係数Ｃ２の比が高くなるように、Ｃ１とＣ２の少なくとも一方を補正するようにした。
【０１４２】
以下、本実施例における放電制御の実行手順について図１８に沿って説明する。図１８は、本実施例における放電制御ルーチンを示すフローチャートである。図１８において、前述した第１の実施例の放電制御ルーチン（図８を参照）と同等の処理には同一の符号が付されている。
【０１４３】
図１８の放電制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０９の処理を実行した後にＳ６０１の処理を実行する。Ｓ６０１では、ＥＣＵ５０は、機関回転数Ｎｅをパラメータとする関数ｆ（Ｎｅ），ｇ（Ｎｅ）にしたがって、重み係数Ｃ１，Ｃ２を演算する。ここで、関数ｆ（Ｎｅ）は、機関回転数Ｎｅが高くなるほど重み係数Ｃ１が小さくなるように定められている。関数ｇ（Ｎｅ）は、機関回転数Ｎｅが高くなるほど重み係数Ｃ２が大きくなるように定められている。
【０１４４】
ＥＣＵ５０は、前記Ｓ６０１の処理を実行した後にＳ１１０の処理を実行する。Ｓ１１０では、ＥＣＵ５０は、前記Ｓ６０１で求められた重み係数Ｃ１，Ｃ２を利用して励磁電流量Ｉを演算する（Ｉ＝Ｃ１（Ｘ１−ＸＡ）＋Ｃ２（Ｘ１−Ｘ０））。
【０１４５】
このようにＥＣＵ５０が図１８の放電制御ルーチンを実行することにより、機関回転数にかかわらず、実放電経路長を速やかに目標値に収束させることができる。
【０１４６】
なお、本実施例では、重み係数Ｃ１に対する重み係数Ｃ２の比が機関回転数に応じて連続的に変更される例について述べたが、段階的に変更されてもよい。たとえば、内燃機関１が取り得る機関回転数の範囲を複数の領域に分割しておき、機関回転数が属する領域に応じて重み係数Ｃ１，Ｃ２が変更されてもよい。その場合、機関回転数が高い領域に属するときは低い領域に属するときに比べ、重み係数Ｃ１に対する重み係数Ｃ２の比が高くなるようにＣ１，Ｃ２が変更されるものとする。
【０１４７】
＜実施例７＞
次に、本発明の第７の実施例について図１９乃至図２１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１４８】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、点火プラグ１５が複数の接地電極を備える点にある。詳細には、本実施例の点火プラグ１５は、図１９および図２０に示すように、中心電極１５ａからの距離が相違する二つの接地電極１５０，１５１を備えている。以下では、中心電極１５ａからの距離が近い接地電極１５０を第１接地電極１５０と称し、中心電極１５ａからの距離が遠い接地電極１５１を第２接地電極１５１と称する。
【０１４９】
ここで、第１接地電極１５０と第２接地電極１５ｂは、図２１に示すように、これら第１接地電極１５０と第２接地電極１５１を結ぶ仮想直線Ｌ１がコア２４ａの基端２４ｃと先端２４ｄとを結ぶ仮想直線Ｌ２と直交するように配置されるものとする。
【０１５０】
このような構成によれば、点火プラグ１５が火花放電を開始したときは火花放電が第１接地電極１５０に接地する。その後、変更機構２４により放電経路が第２接地電極１５１の近傍まで延長されると、火花放電の接地場所が第１接地電極１５０から第２接地電極１５１に切り換わる。
【０１５１】
このように複数の接地電極を利用して放電経路長の変更が行われると、個々の接地電極１５０，１５１の摩耗量を少なくすることができる。また、火花放電の接地場所が第２接地電極１５１に移った後は、変更機構２４が放電経路長を維持するために要する励磁電流量を減少させることもできる。
【０１５２】
したがって、本実施例によれば、点火プラグ１５の耐久性を高めることができるとともに、変更機構２４の消費電力を低減することが可能になる。
【０１５３】
＜実施例８＞
次に、本発明の第８の実施例について図２２に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１５４】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、変更機構２４の励磁電流路にキャパシタが配置される点にある。詳細には、図２２に示すように、コイル２４ｂに励磁電流を供給するための給電経路２４ｅの途中に、キャパシタ２４ｆが設けられている。
【０１５５】
ここで、コイル２４ｂに励磁電流が印加されていないときに、すなわち変更機構２４が非励磁状態にあるときに、ガスの流れなどによって実放電経路長が変化すると、電磁誘導によってコイル２４ｂに電流が流れることになる。そのため、コイル２４ｂの給電経路２４ｅにキャパシタ２４ｆが設けられていると、コイル２４ｂに発生した電気エネルギがキャパシタ２４ｆに蓄えられる。
【０１５６】
このようにしてキャパシタ２４ｆに蓄えられた電気エネルギは、変更機構２４を励磁するときに利用することができるため、変更機構２４の消費電力を低減することができる。本実施例の構成は、前述した第２乃至第７の実施例の構成と組み合わせることもできる。
【０１５７】
ところで、前述した第１乃至第８の実施例では、気筒３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４を備えた内燃機関を例に挙げたが、第５の実施例を除く実施例の構成は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用することもできる。
【０１５８】
また、前述した第１から第８の実施例で述べた構成は、可能な限り組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【０１５９】
１     内燃機関
２     シリンダブロック
３     気筒
４     ピストン
５     コネクティングロッド
６     クランクシャフト
７     シリンダヘッド
８     吸気ポート
９     排気ポート
１０   吸気バルブ
１１   排気バルブ
１２   吸気カム
１３   排気カム
１４   燃料噴射弁
１５   点火プラグ
１５ａ 中心電極
１５ｂ 接地電極
１６   吸気通路
１７   排気通路
１８   スロットル弁
１９   ＥＧＲ通路
２０   ＥＧＲ弁
２１   クランクポジションセンサ
２２   エアフローメータ
２３   アクセルポジションセンサ
２４   変更機構
２４ａ コア
２４ｂ コイル
２４ｃ 基端
２４ｄ 先端
２４ｅ 給電経路
２４ｆ キャパシタ
１５０ 接地電極
１５１ 接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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